國立臺灣師範大學（以下簡稱本校）前身為臺灣總督府臺北高等學校（以下簡稱臺北高校），創立於民國 11 年（1922），創建初時借用當時尚為中學的臺北第一中學校（今建國高級中學）校舍，民國 15 年（1926）始遷移至古亭町（本校現址）。民國 34 年（1945）二戰結束後，國民政府接收臺北高校，翌年 6 月於同址創立臺灣省立師範學院，隨學院之創立，設立圖書館（以下簡稱本館）於行政大樓三樓。民國 41 年（1952），於圖書館校區興建仿文藝復興時期之獨立館舍；民國 69 年（1980），興建半圓型 8 層樓之總館新館舍，並於民國 73 年（1984）竣工啟用；民國 80 年（1991），理學院分館 7 層樓之新館落成啟用；民國 95 年（2006）原國立僑生大學圖書館併入總館，新設圖書館林口校區圖書分館。目前本館所屬館舍包含校本部總館、公館校區圖書分館（以下簡稱公館分館）、林口校區圖書分館（以下簡稱林口分館）。
本館自設立以來，在石本岩根（民國 35 年（1946））、沈明璋（民國 36-37 年（1947-1948））、潘成義（民國 38-44 年（1949-1955））、王振鵠（民國 45-65 年（1956-1976））、張鼎鍾（民國 66-68 年（1977-1979））、楊國賜（民國 69-73 年（1980-1984））、靳久誠（民國 74-76 年（1985-1987））、林孟真（民國 77 年 1 月-84 年 7 月（1988/1-1995/7））、林勝義（民國 84 年 8 月-88 年 7 月（1995/8-1999/7））、梁恆正（民國 88 年 8 月-93 年 7 月（1999/8-2004/7））、張國恩（民國 93 年 8 月- 96 年 7 月（2004/8-2007/7））、陳昭珍（民國 96 年 8 月-102 年 7 月（2007/8-2013/7））、柯皓仁（民國 102 年 8 月-111 年 7 月（2013/8-2022/7））、廖學誠（民國 111 年 8 月（2022/8-）迄今）等諸位館長擘劃經營下，依據圖書館法第四條第二項第三款所昭示之服務規範與精神，始終秉持以本校師生為主要服務對象之理念，支援學術研究、教學、推廣服務，並適度開放供社會大眾使用，以發揮圖書館之最大功能。
本館之運作講求勵精圖治、實事求是之精神，目前經營重點有三：（一）服務型態：自傳統之書刊陳列、借閱，至主動之資訊傳遞供應；（二）典藏媒體形式：由印刷資料到聲光動畫之多媒體及電子媒體；（三）服務內涵：從實體館藏連結全球網路資源，積極運用圖書資訊專業推廣各項服務，協助讀者掌握資訊，以促進終身學習與知識潮流同步並進。本館以「使用者導向」為服務理念，採購資料配合學術研究，提供文獻傳遞、館際互借服務及電子資源檢索、經營校史特藏發揮文化創意、並結合學校藝文空間辦理展演活動，在提供服務與推展業務上，因應迅速發展之多元資訊科技，推陳出新，與時俱進，迭有興革，頗著成效。
| 年代 | 館史 |
|---|---|
| 民國35年 | 創立臺灣省立師範學院，並設置圖書館。 |
| 民國38年 | 興建倣文藝復興時期建築之二層樓獨立館舍 |
| 民國44年 | 改制為臺灣省立師範大學圖書館 |
| 民國56年 | 改制為國立臺灣師範大學圖書館 |
| 民國64年 | 增設理學院校區，並設置理學院圖書分館 。 |
| 民國73年 | 總館遷移至半圓型八層樓之新建館舍 |
| 民國80年 | 理學院圖書分館遷移至長方形八層樓之新建館舍 |
| 民國95年 | 原國立僑生大學圖書館併入總館為圖書館林口校區圖書分館 |